CN103279366A - 固态硬盘及掉电后基于固态硬盘快速开机的方法 - Google Patents
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Abstract
一种固态硬盘，用于断电后迅速开机启动，包括：读取模块从固定位置读取失效物理块，并依序读取除所述失效物理块之外的槽中物理块中的物理页的标记区域得到逻辑地址；判断模块判断逻辑地址与第一级映射表对应逻辑块的初始值是否相同；更新模块在逻辑地址与第一级映射表对应逻辑块的初始值相同时更新第一级映射表中的物理块地址；查找模块利用二分查找法逐一寻找每组物理块的最后一个物理页，其中更新模块根据槽标号较大的物理块的最后一个物理页更新第一级映射表中的物理页信息；恢复模块根据更新后的第一级映射表以及失效物理块进行开机恢复。本发明通过对第一级映射表集中进行恢复，有效的提高了掉电后开机恢复的效率。
Description
技术领域
本发明涉及计算机及电子信息技术领域，尤其涉及固态硬盘及掉电后基于固态硬盘快速开机的方法。
背景技术
在固态存储***中，闪存（Nand Flash）颗粒的读写最小单位是页（page），而擦除的最小单位是块（block），一般情况下block由256个page组成。因为NAND Flash的特性，需要由FTL（Flash translationlayer）来对NAND Flash Array进行管理，从而实现对应用层操作的透明化，以保证任何情形下用户数据的完整性和正确性。一般通过FTL在内存中维护着一个逻辑地址到物理地址的映射表（L2P表），主要有两种映射方法：块映射（以块为单位）和页映射（以页为单位），主机看到的是逻辑地址，而其具体的数据则存在实际上的物理地址中。三级映射是一种既有页映射又有块映射的混合映射方法。第一级映射表是块映射存放在内存中，一个逻辑块包含若干个逻辑页地址（主机所关注的），作用是逻辑块到物理页地址的映射，该物理页的标签（meta）区域包含了逻辑块内所有逻辑页的最新映射信息的位置；第二级和第三极映射表均为页映射，存放在物理页的meta空间中，第二级映射是从第一级映射索引到的物理页上读出来的，可以索引到逻辑块内某组逻辑页的最新映射信息所在的位置，第三级映射从第二级索引到，可直接获得逻辑页所在的物理地址。在每次写操作过程中，必须把更改后的映射信息存放在meta区域后写入物理页当中。
当固态硬盘掉电后，存放在内存中的映射信息会丢失，所以再次上电后需要恢复这些信息，通过扫描物理页上标记区域（meta）的信息来更新映射表，只有恢复到掉电前的情形后才能进行正常的读写操作。现有的技术主要是集中在对页映射的开机恢复上，和三级映射的开机恢复存在很大的差异。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种固态硬盘及掉电后基于固态硬盘快速开机的方法。
本发明提供一种固态硬盘，用于断电后迅速开机启动，其中所述固态硬盘中存储有三级映射表，所述三级映射表为逻辑页到物理页的映射表，包括逻辑块最新映射信息所在物理页地址、物理页所处的槽值，以及当前槽的状态值，包括：读取模块、判断模块、更新模块、查找模块以及恢复模块。读取模块，用于从固定位置读取失效物理块，依序读取除所述失效物理块之外的槽中物理块中的物理页的标记区域得到逻辑地址，其中，所述失效物理块为丧失存储功能的物理块；判断模块用于判断所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值是否相同；更新模块用于在所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值相同时更新所述第一级映射表中的物理块地址；查找模块用于通过二分查找法逐一寻找每组物理块的最后一个物理页，并根据槽标号较大的物理块的最后一个物理页更新所述第一级映射表的物理页信息；恢复模块用于根据所述更新后的第一级映射表以及所述失效物理块进行开机恢复。
本发明提供一种掉电后基于固态硬盘快速开机的方法，其中所述固态硬盘中存储有三级映射表，所述三级映射表为逻辑页到物理页的映射表，包括逻辑块最新映射信息所在物理页地址、物理页所处的槽值，以及当前槽的状态值：从固定位置读取失效物理块，其中，所述失效物理块为丧失存储功能的物理块；依序读取除所述失效物理块之外的当前槽中物理块中的物理页的标记区域得到逻辑地址；判断所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值是否相同；若所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值相同，则更新所述第一级映射表中的物理块地址；通过二分查找法逐一寻找每组物理块的最后一个物理页；以及根据槽标号较大的物理块的最后一个物理页更新所述第一级映射表的物理页信息；根据所述更新后的第一级映射表进行开机恢复。
本发明提供的固态硬盘及掉电后基于固态硬盘快速开机的方法，通过对第一级映射表集中进行恢复，有效的提高了掉电后开机恢复的效率。
附图说明
图1为本发明一实施方式中固态硬盘的模块图；
图2为本发明中固态硬盘中数据的分配方式；
图3为本发明中第一级映射表的更新示意图；
图4为本发明中处理垃圾回收过程中掉电出现的情形的示意图；
图5为本发明一实施方式中掉电后基于固态硬盘快速开机的方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，图1所示为本发明一实施方式中固态硬盘10的模块图。
在本实施方式中，固态硬盘10包括读取模块102、判断模块104、更新模块106、查找模块108、恢复模块110、擦除模块112、回收模块114、存储模块116以及处理器118，其中，存储模块116用于存储读取模块102、判断模块104、更新模块106、查找模块108、恢复模块110、擦除模块112以及回收模块114，处理器118用于执行存储模块116中的各个功能模块。
在本实施方式中，固态硬盘10用于断电后迅速开机启动，其中所述固态硬盘中存储有三级映射表，所述三级映射表为逻辑页到物理页的映射表，包括逻辑块最新映射信息所在物理页地址、物理页所处的槽值，以及当前槽的状态值。
读取模块102用于从固定位置读取失效物理块，依序读取除所述失效物理块之外的槽中物理块中的物理页的标记区域，得到逻辑地址，其中，所述失效物理块为丧失存储功能的物理块。
判断模块104用于判断所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值是否相同。
更新模块106用于在所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值相同时更新所述第一级映射表中的物理块地址。
查找模块108用于通过二分查找法逐一寻找每组物理块的最后一个物理页，并根据槽标号较大的物理块的最后一个物理页更新所述第一级映射表。
恢复模块110用于根据所述更新后的第一级映射表以及所述失效物理块进行开机恢复。
在本实施方式中，所述判断模块104还用于在所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值不相同时，判断当前槽的标志位与第一级映射表中的标志位是否一致。
在本实施方式中，所述更新模块106还用于在所述当前槽的标志位与所述第一级映射表中一致时，将所述第一级映射表中的槽信息更新为所述标记区域内的槽信息。
在本实施方式中，所述读取模块102还用于在当前槽的标志位与第一级映射表中的标志位不一致时，通过读取物理块中的第一物理页中的标记区域中的正常写入过程中记录的时间大小区分源物理块与目的物理块，并读取所述源物理块的最后一个物理页以及目的物理块的最后一个物理页中的标记区域中的逻辑地址。
在本实施方式中，判断模块104还用于判断所述源物理块的最后一个物理页中的逻辑地址是否等于所述目的物理块的最后一个物理页中的逻辑地址。
在本实施方式中，擦除模块112用于在所述源物理块的最后一个物理页中的逻辑地址等于所述目的物理块的最后一个物理页中的逻辑地址时擦除所述源物理块。
在本实施方式中，回收模块114用于在所述源物理块的最后一个物理页中的逻辑地址大于所述目的物理块的最后一个物理页中的逻辑地址时在上电完成后来进行垃圾回收处理。
请参阅图2，图2所示为本发明一实施方式中掉电前数据的分配方式。
在本实施方式中，物理块0到物理块N是固态硬盘10的物理块。例如在一个连接装配（存储）区（LPA，Link Pack Area）写入的过程中，会从四个槽（bank）都申请一个物理块，按照从槽0的页0到槽3的页0，然后槽0的页1，一次类推，当一组四个物理块写满后重新申请，按照三级映射的原理，最后一个写入的物理页是存放第二级映射信息的最新位置，所以要寻找。
请参阅图3，图3所示为本发明一实施方式中第一级映射表的更新示意图。
在本实施方式中，因为一个逻辑块可能对应着好几组物理，所以要确定谁先谁后，通过比较读出来的物理页中的标记区域中的槽标号（Slot_idx）以及状态信息（Sp_state）来比较（当然第一级映射表盘中会包含此信息），这是在写入数据时候加进去的，就是用来上电恢复的。
请参阅图4，图4所示为本发明一实施方式中处理垃圾回收过程中掉电出现的情形示意图。
在本实施方式中，垃圾回收在物理块不足的情况下出现，会选择某一个逻辑块（该逻辑块被复写的逻辑页最多，因此腾出来的空间最多）把所有有效的数据搬移到另外一组物理块中，如果这过程中掉电，便会出现两个Sp_state不一样的物理块组，所以需要根据记录在Meta中的TIME来区分，谁是垃圾回收数据搬移的源头和谁是目的地。
在本实施方式中，每做一次垃圾回收，则将状态信息（Sp_state）的值取反。
请参阅图5，图5所示为本发明一实施方式中掉电后基于固态硬盘10快速开机的方法的流程图。
在本实施方式中，所述固态硬盘10中存储有三级映射表，所述三级映射表为逻辑页到物理页的映射表，包括逻辑块最新映射信息所在物理页地址、物理页所处的槽值，以及当前槽的状态值。
在本实施方式中，掉电后基于固态硬盘快速开机的方法包括以下步骤：
在步骤S202，读取模块102从固定位置读取失效物理块，其中，所述失效物理块为丧失存储功能的物理块。
在步骤S204，读取模块102依序读取除所述失效物理块之外的当前槽中物理块中的物理页的标记区域得到逻辑地址。
在步骤S206，判断模块104判断所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值是否相同。
若所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值相同，则在步骤S208，更新模块106更新所述第一级映射表中的物理块地址、槽标号以及状态信息。
在步骤S210，查找模块108通过二分查找法逐一寻找每组物理块的最后一个物理页。
在步骤S212，更新模块106根据槽标号较大的物理块的最后一个物理页更新所述第一级映射表。
在步骤S214，恢复模块114根据所述更新后的第一级映射表进行开机恢复。
在步骤S206中，若所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值不相同，则在步骤S216，判断模块104判断当前槽的标志位是否与第一级映射表中的标志位是否一致。
若是当前槽的标志位与第一级映射表中的标志位一致，则在步骤S218，更新模块106将所述标记区域的槽信息与所述第一级映射表中的槽信息中较大者存入到所述第一级映射表中。然后进入步骤S210，在此不做赘述。
若当前槽的标志位与第一级映射表中的标志位不一致，则在步骤S220，读取模块102通过读取物理块中的第一物理页中的标记区域中的正常写入过程中记录的时间大小区分源物理块与目的物理块。
在步骤S222，查找模块108利用二分查找法分别找出所述源物理块以及所述目的物理块的最后一个物理页。
在步骤S224，查找模块108读取所述源物理块的最后一个物理页以及目的物理块的最后一个物理页的标记区域中的逻辑地址。
在步骤S226，判断模块104判断所述源物理块的最后一个物理页的逻辑地址与是否等于所述目的物理块的最后一个物理页的逻辑地址。
若所述源物理块的最后一个物理页的逻辑地址等于所述目的物理块的最后一个物理页的逻辑地址，则在步骤S228，擦除模块112擦除所述源物理块。
若所述源物理块的最后一个物理页的逻辑地址不等于所述目的物理块的最后一个物理页的逻辑地址，而是大于所述目的物理块的最后一个物理页的逻辑地址，则在步骤S230，回收模块114在上电完成后来进行垃圾回收处理。
本发明提供实施方式中的固态硬盘10以及掉电后基于固态硬盘快速开机的方法，通过对第一级映射表集中进行恢复，有效的提高了掉电后开机恢复的效率。
虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种固态硬盘，用于断电后迅速开机启动，其中所述固态硬盘中存储有三级映射表，所述三级映射表为逻辑页到物理页的映射表，包括逻辑块最新映射信息所在物理页地址、物理页所处的槽值，以及当前槽的状态值，所述固态硬盘包括：
读取模块，用于从固定位置读取失效物理块，依序读取除所述失效物理块之外的槽中物理块中的物理页的标记区域，得到逻辑地址，其中，所述失效物理块为丧失存储功能的物理块；
判断模块，用于判断所述逻辑地址与所述三级映射表的第一级映射表对应逻辑块的初始值是否相同；
更新模块，用于在所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值相同时更新所述第一级映射表中的物理块地址；
查找模块，用于利用二分查找法逐一寻找每组物理块的最后一个物理页，其中所述更新模块还用于根据槽标号较大的物理块的最后一个物理页更新所述第一级映射表中的物理页信息；
恢复模块，用于根据所述更新后的第一级映射表进行开机恢复。
2.如权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，所述判断模块还用于在所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值不相同时，判断当前槽的标志位与所述第一级映射表中的标志位是否一致。
3.如权利要求2所述的固态硬盘，其特征在于，所述读取模块还用于在当前槽的标志位与所述第一级映射表中的标志位不一致时通过读取物理块中的第一物理页中的标记区域中的正常写入过程中记录的时间大小区分源物理块与目的物理块，并读取所述源物理块的最后一个物理页以及所述目的物理块的最后一个物理页中的标记区域中的逻辑地址；
所述判断模块还用于判断所述源物理块的最后一个物理页中的逻辑地址是否等于所述目的物理块的最后一个物理页中的逻辑地址。
4.如权利要求3所述的固态硬盘，其特征在于，还包括：
擦除模块，用于在所述源物理块的最后一个物理页中的逻辑地址等于所述目的物理块的最后一个物理页中的逻辑地址时擦除所述源物理块。
5.如权利要求4所述的固态硬盘，其特征在于，还包括：
回收模块，用于在所述源物理块的最后一个物理页中的逻辑地址大于所述目的物理块的最后一个物理页中的逻辑地址时在上电完成后进行垃圾回收处理。
6.如权利要求2所述的固态硬盘，其特征在于，所述更新模块还用于在所述当前槽的标志位与所述第一级映射表中的标志位一致时将所述第一级映射表中的槽信息更新为所述标记区域内的槽信息。
7.一种掉电后基于固态硬盘快速开机的方法，其中所述固态硬盘中存储有三级映射表，所述三级映射表为逻辑页到物理页的映射表，包括逻辑块最新映射信息所在物理页地址、物理页所处的槽值，以及当前槽的状态值，所述方法包括以下步骤：
从固定位置读取失效物理块，其中，所述失效物理块为丧失存储功能的物理块；
依序读取除所述失效物理块之外的当前槽中物理块中的物理页的标记区域，得到逻辑地址；
判断所述逻辑地址与所述三级映射表的第一级映射表对应逻辑块的初始值是否相同；
若所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值相同，则更新所述第一级映射表中的物理块地址、槽标号以及状态信息；
通过二分查找法逐一寻找每组物理块的最后一个物理页；以及
根据槽标号较大的物理块的最后一个物理页更新所述第一级映射表的物理页信息；
根据所述更新后的第一级映射表以及所述失效物理块进行开机恢复。
8.如权利要求7所述的掉电后基于固态硬盘快速开机的方法，其特征在于，还包括：
若所述逻辑地址与所述第一级映射表对应逻辑块的初始值不相同，则判断当前槽的标志位与第一级映射表中的标志位是否一致；
若当前槽的标志位与第一级映射表中的标志位一致，则将所述标记区域的槽信息与所述第一级映射表的槽信息中较大者存入到所述第一级映射表中。
9.如权利要求8所述的掉电后基于固态硬盘快速开机的方法，其特征在于，还包括：
若当前槽的标志位与第一级映射表中的标志位不一致，则通过读取物理块的第一物理页的标记区域的正常写入过程中记录的时间大小区分源物理块与目的物理块；
读取所述源物理块的最后一个物理页以及所述目的物理块的最后一个物理页的标记区域的逻辑地址；
比较所述源物理块的最后一个物理页的逻辑地址与所述目的物理块的最后一个物理页的逻辑地址；
若所述源物理块的最后一个物理页的逻辑地址等于所述目的物理块的最后一个物理页的逻辑地址，则擦除所述源物理块。
10.如权利要求9所述的掉电后基于固态硬盘快速开机的方法，其特征在于，还包括：
若所述源物理块的最后一个物理页的逻辑地址大于所述目的物理块的最后一个物理页的逻辑地址，则在上电完成后进行垃圾回收处理。
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